Как будут утилизироваться ядерные отходы с эстонской АЭС?

Электричество вырабатывается на АЭС благодаря теплу, исходящему от ядерного топлива (урановые гранулы). После того как ядерное топливо отработает свой ресурс, его необходимо охладить, после чего его отправят на переработку и в конце захоронят глубоко под землей, где оно не будет представлять опасности для людей. Об этом пишет автор блога „Путь атома“ Андрес Ингерман, сотрудник компании Fermi Energia, развивающей проект Эстонской АЭС с малым модульным реактором.

Ядерное топливо производят из урана

В качестве топлива на атомной электростанции обычно используется уран, точнее, гранулы (прессованные таблетки) из диоксида урана. Уран – это тяжелый металл, широко распространенный в земле и в мировом океане.

Страны-лидеры по добыче урана:

Казахстан 19 477 т в год;

Австралия 6203 т в год;

Намибия 5413 т в год;

Канада 3885 т в год;

Узбекистан 3500 т в год;

Нигер 2991 т в год;

Россия 2846 т в год.

После того как уран добыли, переработали и обогатили, из него делают гранулы, что и является ядерным топливом. До того как ядерное топливо будет помещено в реактор, его можно безопасно держать в руках.

Урановые гранулы имеют колоссальную энергоемкость: две гранулы могут целый год обеспечивать домохозяйство электроэнергией.

Перед тем как опустить урановые гранулы в реактор, их помещают в металлические трубки из циркониевого сплава. Такие трубки формируют пучок, который называется „тепловыделяющий элемент“, или сокращенно ТВЭЛ.

Тепловыделяющий элемент помещают внутрь реактора, где благодаря самоподдерживающейся цепной реакции начинает выделяться тепло, которое нагревает воду. О том, как работает АЭС, можно прочитать здесь.

Бассейн выдержки

После того как ядерное топливо отработало свой ресурс, через 3 – 4 года его достают из реактора и помещают в специальный бассейн, заполненный водой. Там оно хранится и остывает в течение 4 – 5 лет. Вода является идеальным барьером для радиации, персонал может в полной безопасности

подходить к краю бассейна и проводить необходимые обслуживающие процедуры. Вода успешно блокирует радиацию от отработавшего ядерного топлива.

Такой метод хранения компактен и эффективен. К примеру, все ядерное топливо, выработанное на шведских АЭС, хранится в одном бассейне на территории АЭС Оскарсхамн.

Сухое хранилище

После того как ядерное топливо достаточно остыло и снизило уровень радиоактивности, его можно поместить в контейнеры для хранения сухим образом. Специализированные контейнеры служат эффективной защитой от радиации, и персонал может безопасно работать рядом, проводя все необходимые процедуры для обслуживания хранилища.

Многие страны не торопятся избавляться от отработавшего ядерного топлива и хранят его в специальных контейнерах. Причина заключается в том, что в ядерном топливе сохраняется большой энергетический потенциал, что делает его ценным ресурсом. В мире активно развивается технология ядерных реакторов, работающих на отработавшем ядерном топливе. Таким образом, топливо, которое находится на хранении, можно будет использовать по второму кругу для получения электроэнергии.

Переработка

За 60 лет работы АЭС в Эстонии будет получено две фуры отработавшего ядерного топлива. Подробнее о проекте эстонской АЭС можно прочитать здесь.

Это топливо планируется отправить на завод по переработке ядерного топлива во Францию, компании Orano. Эта компания является лидером в области переработки ядерного топлива и имеет свыше 55 лет опыта в ядерной промышленности.

На заводе Orano из ядерного топлива будут извлечены уран и плутоний. Из этих компонентов в последующем произведут MOX ядерное топливо. В мире работает 44 коммерческих ядерных реактора, использующих MOX ядерное топливо, в том числе в Европе 38 реакторов (22 во Франции, 10 в Германии, 3 в Швейцарии, 2 в Бельгии, 1 в Нидерландах).

В ходе переработки ядерного топлива его объем сократится в 5 раз, а уровень радиоактивности снизится в 10 раз. После извлечения 95% урана и 1% плутония оставшиеся 4% неперерабатываемых остатков будут нагреты и смешаны с расплавленным стеклом и помещены в стальные контейнеры. Такой способ упаковки является безопасным и стабильным способом хранения на тысячи лет. Контейнеры будут отправлены обратно в Эстонию для окончательного захоронения.

Окончательное захоронение

В мире пришли к консенсусу, что наиболее безопасным и надежным решением по окончательному захоронению отработавшего ядерного топлива является глубокое геологическое захоронение. По сути, помещение топлива глубоко под землю, где оно не будет представлять угрозы человеку и другим живым организмам.

Решения по глубинному геологическому захоронению разрабатывают множество стран по всему миру, к примеру Французская Andra, Швейцарская Nagra, Канадская OPG, но дальше всех продвинулись наши соседи – шведская SKB и финская Posiva. В Швеции и Финляндии имеются идеальные условия для такого хранилища. Финны и шведы планируют устроить хранилище отработавшего ядерного топлива в толще гранита на глубине 300 метров.

В Эстонии планируется захоронить отработавшее ядерное топливо на глубине 1,5 км в таком же слое гранита, что и в Швеции и Финляндии. Несомненным плюсом является наличие в Эстонии, над гранитом, слоя синей глины, которая служит отличной гидроизоляцией. Глубина 1,5 км исключает взаимодействие с грунтовыми водами и обеспечивает надежное хранение ядерных отходов на миллионы лет. Для этого планируется использовать технологию американской компании Deep Isolation. Суть технологии заключается в том, что будет пробурена вертикальная шахта, плавно переходящая в горизонтальную. Технология бурения таких шахт схожа с уже действующими по всему миру технологиями геологоразведки в нефтегазовой индустрии. Внутрь такой шахты будут помещаться контейнеры с застекленными остатками переработки ядерного топлива. После того как горизонтальная шахта будет заполнена, ее запломбируют бентонитом (материалом, который блокирует проникновение воды). Со временем массив земли раздавит горизонтальную шахту, образовав с ней монолит.

По причине глубинного захоронения на поверхности останется естественный радиационный фон. На земле можно будет вести обычную хозяйственную деятельность. Такое решение позволит эффективно и безопасно решить вопрос отработавшего ядерного топлива в Эстонии. Предварительные исследования по данному вопросу были проведены американской компанией Deep Isolation совместно с эстонским инженерным бюро Steiger. С результатами исследования можно ознакомиться здесь

По ссылке вы найдете лекцию Харди Аосаара, эксперта European Federation of Geologists и по совместительству президента Eesti Geoloogia Selts. На видео он рассказывает о результатах исследования возможного захоронения отработавшего ядерного топлива на территории Эстонии с геологической точки зрения.